Komunikasi Data Optik

Alternatif modern untuk mengirim informasi digital (biner) melalui sinyal tegangan listrik adalah dengan menggunakan sinyal optik (cahaya). Sinyal listrik dari sirkuit digital (tegangan tinggi/rendah) dapat diubah menjadi sinyal optik diskrit (ringan atau tanpa cahaya) dengan LED atau laser solid-state. Demikian juga, sinyal cahaya dapat diterjemahkan kembali ke dalam bentuk listrik melalui penggunaan fotodioda atau fototransistor untuk dimasukkan ke dalam input rangkaian gerbang.

Transmisi informasi digital dalam bentuk optik dapat dilakukan di udara terbuka, cukup dengan mengarahkan laser ke fotodetektor pada jarak jauh, tetapi gangguan pada berkas dalam bentuk lapisan pembalikan suhu, debu, hujan, kabut, dan penghalang lainnya dapat terjadi. masalah rekayasa yang signifikan:

Salah satu cara untuk menghindari masalah transmisi data optik udara terbuka adalah dengan mengirimkan pulsa cahaya ke serat kaca ultra-murni. Serat kaca akan "menghantarkan" seberkas cahaya seperti kawat tembaga akan menghantarkan elektron, dengan keuntungan menghindari sepenuhnya semua masalah terkait induktansi, kapasitansi, dan interferensi eksternal yang mengganggu sinyal listrik. Serat optik menjaga berkas cahaya yang terkandung di dalam inti serat dengan fenomena yang dikenal sebagai reflektansi internal total .

Serat optik terdiri dari dua lapisan kaca ultra murni, setiap lapisan terbuat dari kaca dengan indeks bias yang sedikit berbeda , atau kapasitas untuk “membungkuk” lampu. Dengan satu jenis kaca berlapis konsentris di sekitar inti kaca pusat, cahaya yang masuk ke inti pusat tidak dapat keluar dari serat, tetapi terbatas untuk merambat di dalam inti:

Lapisan kaca ini sangat tipis, “lapisan” luar biasanya 125 mikron (1 mikron =1 juta meter, atau 10 ^-6 meter) dengan diameter. Ketipisan ini memberikan fleksibilitas yang cukup besar pada serat. Untuk melindungi serat dari kerusakan fisik, biasanya diberi lapisan plastik tipis, ditempatkan di dalam tabung plastik, dibungkus dengan serat kevlar untuk kekuatan tarik, dan diberi selubung luar plastik yang mirip dengan isolasi kabel listrik. Seperti kabel listrik, serat optik sering digabungkan bersama dalam selubung yang sama untuk membentuk kabel tunggal.

Serat optik melebihi kinerja penanganan data kawat tembaga di hampir semua hal. Mereka benar-benar kebal terhadap interferensi elektromagnetik dan memiliki bandwidth yang sangat tinggi. Namun, mereka bukannya tanpa kelemahan tertentu.

Pengaruh Microbending pada Fiber Optik

Salah satu kelemahan serat optik adalah fenomena yang dikenal sebagai microbending . Di sinilah serat ditekuk di sekitar radius yang terlalu kecil, menyebabkan cahaya keluar dari inti bagian dalam, melalui kelongsong:

Microbending tidak hanya menyebabkan berkurangnya kekuatan sinyal karena cahaya yang hilang, tetapi juga merupakan kelemahan keamanan karena sensor cahaya yang sengaja ditempatkan di luar tikungan tajam dapat mencegat data digital yang dikirimkan melalui serat.

Mode di Fiber Optic

Masalah lain yang unik untuk serat optik adalah distorsi sinyal karena beberapa jalur cahaya, atau mode , memiliki jarak yang berbeda pada panjang serat. Ketika cahaya dipancarkan oleh suatu sumber, foton (partikel cahaya) tidak semuanya menempuh jalur yang sama persis. Fakta ini sangat jelas terlihat dalam sumber cahaya mana pun yang tidak sesuai dengan sinar lurus, tetapi benar bahkan dalam perangkat seperti laser.

Mode Tunggal

Jika inti serat dibuat cukup kecil (berdiameter sekitar 5 mikron), mode cahaya dibatasi untuk satu jalur dengan satu panjang. Serat yang dirancang untuk memungkinkan hanya satu mode cahaya dikenal sebagai serat mode tunggal. Karena serat mode tunggal lolos dari masalah peregangan pulsa yang dialami pada kabel panjang, serat ini merupakan serat pilihan untuk jaringan jarak jauh (beberapa mil atau lebih). Kekurangannya, tentu saja, adalah bahwa dengan hanya satu mode cahaya, serat mode tunggal tidak menghantarkan sebanyak serat multimode. Untuk jarak jauh, hal ini memperparah kebutuhan akan unit “pengulang” untuk meningkatkan daya cahaya.

Serat Multimode

Jika inti serat optik berdiameter cukup besar, itu akan mendukung banyak jalur bagi foton untuk bergerak, masing-masing jalur ini memiliki panjang yang sedikit berbeda dari satu ujung serat ke ujung lainnya.

Peregangan nadi

Pulsa cahaya yang dipancarkan oleh LED yang mengambil jalur yang lebih pendek melalui serat akan tiba di detektor lebih cepat daripada pulsa cahaya yang mengambil jalur yang lebih panjang. Hasilnya adalah distorsi tepi naik dan turun gelombang persegi, yang disebut peregangan pulsa . Masalah ini menjadi lebih buruk karena panjang serat keseluruhan bertambah: